摘要：四十亿年前地球上最初的生命是如何学会制造蛋白质的？这个困扰科学界数十年的根本性问题，如今有了突破性答案。伦敦大学学院化学家团队成功在实验室中重现了氨基酸与RNA的自发结合过程，揭示了蛋白质合成机制的原始起源，为理解生命诞生提供了关键线索。

信息来源：https://www.sciencedaily.com/releases/2025/08/250828002406.htm

四十亿年前地球上最初的生命是如何学会制造蛋白质的？这个困扰科学界数十年的根本性问题，如今有了突破性答案。伦敦大学学院化学家团队成功在实验室中重现了氨基酸与RNA的自发结合过程，揭示了蛋白质合成机制的原始起源，为理解生命诞生提供了关键线索。

这项发表在《自然》杂志上的研究，首次在接近早期地球环境的条件下实现了生物学两大基础构件的化学连接。研究团队通过硫酯化合物作为媒介，让氨基酸在中性pH值的水环境中自发与RNA结合，解决了自1970年代以来科学家们一直无法攻克的技术难题。

"生命依赖于合成蛋白质的能力——它们是生命的关键功能分子，"该研究资深作者、伦敦大学学院化学系马修·鲍纳教授表示，"了解蛋白质合成的起源对于理解生命的起源至关重要。我们的研究朝着这一目标迈出了一大步，展示了RNA如何首先控制蛋白质合成。"

化学进化的关键一步

伦敦大学学院的化学家们证明，在简单的水化学反应中，氨基酸可以与RNA结合，这或许可以解释生命最初的蛋白质是如何形成的。图片来源：AI/ScienceDaily.com

在现代生物体内，蛋白质合成依赖极其复杂的分子机器——核糖体。这个精密的生物工厂需要信使RNA携带来自DNA的遗传指令，然后像装配线一样将氨基酸逐个连接成蛋白质链。然而，这套复杂系统是如何在原始地球上演化而来的，一直是生命起源研究中的核心谜题。

研究团队的突破在于找到了一种温和而有效的化学途径。以往的尝试都使用高反应性分子来激活氨基酸，但这些分子在水中会迅速分解，导致氨基酸之间相互反应而非与RNA结合。新研究采用了截然不同的策略，从现代生物化学过程中汲取灵感，使用硫酯化合物来温和地激活氨基酸。

硫酯是一类高能化合物，在现代生物体的众多生化过程中发挥重要作用。诺贝尔奖获得者克里斯蒂安·德·杜夫曾提出"硫酯世界"理论，认为生命最初是由硫酯提供的化学能驱动的。这项新研究为该理论提供了有力的实验支撑。

研究中使用的关键化合物是泛酰巯基乙胺，一种含硫分子。去年，同一研究团队已经证明这种化合物可以在类似早期地球的条件下合成，表明它确实可能在生命起源中发挥了作用。当氨基酸与泛酰巯基乙胺反应形成硫酯后，就获得了与RNA结合所需的化学活性。

统一两大生命起源理论

这项研究的重要意义不仅在于技术突破，更在于理论整合。长期以来，科学界存在两种主要的生命起源理论：一是"RNA世界"假说，认为能够自我复制的RNA分子是生命的基础；二是"硫酯世界"理论，强调硫酯化合物为早期生命提供了必需的化学能量。

鲍纳教授指出："我们的研究统一了这两种著名的生命起源理论。我们展示了硫酯如何使RNA获得控制蛋白质合成的能力，将代谢化学与遗传信息处理连接起来。"

这种理论统一具有深远意义。它表明早期生命可能同时具备了信息存储（RNA）和能量代谢（硫酯）的能力，为从简单化学反应向复杂生物系统的转变提供了可行路径。

研究的首席作者乔蒂·辛格博士强调了这一发现的突破性意义："尤其具有突破性的是，这项研究中使用的活性氨基酸是一种硫酯，它是由辅酶A制成的分子。辅酶A存在于所有活细胞中，这一发现可能将新陈代谢、遗传密码和蛋白质的构建联系起来。"

原始地球的化学实验室

研究团队不仅成功实现了氨基酸与RNA的结合，还证明了一旦氨基酸被"加载"到RNA上，它们就能进一步与其他氨基酸合成肽链。肽是由2到50个氨基酸组成的短链分子，是蛋白质的前体。这意味着原始的RNA分子可能具备了指导简单肽合成的能力。

这些反应可能发生在早期地球的水池或湖泊中，而非海洋，因为海洋中化学物质的浓度可能过于稀释。研究团队指出，这种环境设定与许多生命起源理论中提出的"温暖小池塘"概念相吻合，达尔文曾在1871年的一封私人信件中首次提出这一设想。

为了追踪这些微观反应，研究人员使用了多种精密的分析技术，包括核磁共振成像和质谱分析。这些反应过程极其微小，远超可见光显微镜的观察极限，需要依靠先进的分子探测技术来确认反应产物的结构和性质。

辛格博士用了一个生动的比喻来描述这项工作的意义："想象一下，有一天，化学家们可以用简单的小分子，由碳、氮、氢、氧和硫原子组成，并用这些乐高积木构建出能够自我复制的分子。这将是解决生命起源问题的重要一步。我们的研究展示了两种原始化学乐高积木——活性氨基酸和RNA——如何构建肽，使我们更接近这一目标。"

虽然这项研究取得了重大进展，但距离完全解开生命起源之谜仍有很长的路要走。研究团队表示，下一步的关键挑战是确定RNA序列如何优先与特定氨基酸结合，以便RNA能够开始编码蛋白质合成指令——这将涉及遗传密码的起源。

鲍纳教授坦言："在我们完全阐明生命起源之前，还有许多问题需要克服，但最具挑战性和最令人兴奋的仍然是蛋白质合成的起源。"这项研究为解答这一根本性问题提供了重要的实验基础，将推动生命起源研究进入新的阶段。

来源：人工智能学家